“只送大脑。”托马斯·维德在《三体》中的这句指令，勾勒出人类对低温冷冻技术最具科幻色彩的想象——将生命以“暂停”的方式封存，待未来技术成熟后重启，甚至跨越星际、延续文明。云天明的大脑被冷冻送入深空，最终被三体文明复活的桥段，不仅承载着人类对生命延续的渴望，也暗藏着对低温生物学的朴素探索。而近百年间，科学家们始终在极低温与生命存续的边界上艰难跋涉，从最初的玻璃化构想到如今的小鼠海马体功能复苏，每一步突破都在拉近科幻与现实的距离，却也始终未突破“冷冻复活”的核心瓶颈。
近期，德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队在《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表了一项突破性成果，首次证实成年小鼠海马体经玻璃化冷冻后，复苏后可恢复包括学习记忆核心机制在内的关键神经功能。这一研究被视为低温神经生物学领域的里程碑，却并非人们期待的“冷冻复活”曙光——它回答了“神经组织冷冻后能否恢复功能”的核心疑问，却仍未破解完整大脑冷冻与复苏的终极难题，距离人类实现“生命暂停再重启”还有漫长的路要走。
要理解这项突破的价值，必先回望低温冷冻技术近百年的迭代困境。冷冻复苏的灵感，最初源于自然界的“生存奇迹”——木蛙能随环境温度冻结和解冻，在零下环境中长期存活，这让科学家们意识到，生命或许能在极低温下被“暂停”。1938年，瑞士科学家Basile J.Luyet首次复苏了无冷冻剂保护的青蛙精子[2]，随后在著作《低温下的生命与死亡》中提出大胆构想：若能让水在低温下以玻璃态固化而非形成冰晶，生命就能在-196°C的液氮中长期保存[3]。这一“玻璃化冷冻”概念，为现代低温生物学拉开了序幕。
但构想落地的过程充满阻碍。1949年，英国科学家Christopher Polge等人偶然发现甘油可作为冷冻保护剂，显著提升冷冻精子的存活率[4]，但早期技术仅能处理精子、红细胞等微小样本——对于心脏、肾脏等实体器官，冰晶会对微血管造成致命机械损伤，让器官冷冻保存长期停留在理论层面。直到1984年，美国科学家Gregory Fahy提出“平衡玻璃化冷冻”方案，通过高浓度冷冻保护剂抑制冰核形成，让组织进入无冰晶的玻璃态[5]，这一困境才出现转机。
2000年，Fahy团队用高浓度冷冻保护剂VS4灌注兔肾，移植后10只受体兔全部长期存活，证明了高浓度冷冻保护剂的毒性可耐受[6];2009年，该团队进一步将兔肾玻璃化冷冻至-130°C后成功移植，首次实现实体器官“深度暂停”后的功能重启[7]。但这一成功依赖极短的冷冻时间和特定灌注压力，且肾功能受损严重，更关键的是，传统对流换热升温速率仅1-5°C/min，会导致冷冻器官复苏时“脱玻璃化”形成致命冰晶——这一“升温速率瓶颈”，让技术发展陷入近20年的停滞。
纳米技术的介入，为冷冻复苏技术带来了革命性突破。2015年，Gregory Fahy领导的团队成功玻璃化冷冻猪和兔脑，实现无可见结构损伤[8]，证明复杂神经组织可被完整保存;2017年起，明尼苏达大学John Bischof团队利用磁性纳米粒子和交变磁场，将器官升温速率提升至100°C/min以上[9];2023年，该团队将玻璃化冷冻的大鼠肾脏保存100天后移植，受体存活30天且肾功能完全恢复[10];2024年，技术进一步扩展至猪肝脏，升温速率达88°C/min，细胞存活率超80%[11]。这些进展让“器官银行”从科幻走向现实，却始终绕不开一个核心难题——大脑冷冻与功能复苏。
大脑，被视为低温冷冻的“终极挑战”。与肾脏等器官不同，大脑富含神经元，对渗透压和化学毒性极度敏感，高浓度冷冻保护剂会导致突触连接断裂;而冰晶形成带来的损伤，更如同将豆腐冷冻后变成“千疮百孔”的冻豆腐，彻底破坏大脑结构。2015年Fahy团队的猪脑保存成果，仅解决了“结构完整”的问题，却未能实现“功能复苏”，大脑的核心生理过程——神经元放电、细胞代谢、大脑可塑性，始终无法恢复。
今年PNAS发表的这项研究，正是针对这一核心难点的突破。德国研究团队摒弃了传统冷冻思路，研发出全新的玻璃化冷冻与解冻流程，重点聚焦大脑中负责记忆和空间导航的海马体——这一区域是学习记忆的核心枢纽，其功能恢复是大脑复苏的关键标志。研究团队首先在350微米厚的小鼠海马体脑切片上开展实验：先将脑切片用冷冻保护剂预处理，再用液氮快速冷却至-196℃，在-150℃下以玻璃态保存10分钟至7天，随后在温热溶液中解冻。
实验结果超出预期：解冻后的海马体不仅保留了结构完整性、代谢响应性和神经元兴奋性，更关键的是，其突触传递和可塑性得以恢复，能够产生“长时程增强(LTP)”[1]——这一机制是学习和记忆形成的核心细胞基础，意味着冷冻复苏后的神经通路仍能正常运作。尽管部分神经元兴奋性有小幅下降，但整体神经网络功能实现重建，抑制性神经元活动未受损伤，证明冷冻复苏后的神经网络可达到基本平衡。
在此基础上，研究团队进一步开展完整脑组织的冷冻实验。通过主动脉灌注冷冻保护剂，并采用创新的“交替平衡”策略——交替灌注全浓度玻璃化溶液和载体溶液，实现中等程度脱水，既维持大脑形态，又避免洗脱冷冻保护剂时出现致命脑水肿。实验显示，保存1至8天后的海马体脑片，仍能维持正常线粒体呼吸功能，颗粒细胞也保留了兴奋性和突触可塑性。
但研究团队也明确指出了局限性：脑切片复苏后10-15小时会自然降解，当前的冷却和复温方法已接近组织尺寸极限，无法直接应用于大型器官;此外，冷冻保护剂的毒性、厘米级以上组织的均匀冷却与复温、记忆信息的完整保留，仍是尚未破解的三大难题。目前仅能验证突触机制存活，更高层次的记忆信息是否能在冷冻后完好保留，仍是神经科学的深层谜题。值得关注的是，团队透露已有初步数据显示，该玻璃化冷冻方案在人类皮质组织上同样可行，这为从小鼠模型向人类医学应用跨越提供了可能。
尽管距离“冷冻复活”仍遥远，这项研究的现实意义却不容忽视。对基础神经科学而言，它打破了“新鲜脑切片不可长期保存”的局限——未来，同一批脑组织可被长期冷冻，需要时再复苏使用，既能提升实验的可靠性和可重复性，也能减少实验动物的使用量。更长远来看，它为药物研发、神经疾病研究和器官保存提供了全新路径。
在器官移植领域，当前捐献器官的保存窗口极短：心脏仅能保存4-6小时，肾脏不超过36小时，无数患者因等待不到匹配器官而离世。若玻璃化冷冻技术能应用于完整器官，将彻底打破时间与距离的限制，实现器官全球调配;在脑部外科手术中，该技术还能短暂“暂停”大脑功能，为医生争取宝贵的操作时间，最大限度降低缺血缺氧造成的不可逆损伤。
从《三体》的科幻想象，到小鼠海马体的功能复苏，人类对低温冷冻技术的探索，本质上是对生命边界的不断突破。这项研究不是“冷冻复活”的终点，而是全新的起点——它证明了神经组织冷冻后功能复苏的可能性，也让我们更清晰地认识到，想要实现“生命暂停再重启”，还需要跨越技术、医学和伦理的多重门槛。但可以肯定的是，每一次这样的突破，都在为人类解锁生命的更多可能，让科幻中的“生命延续”，离现实更近一步。
参考文献
[1]German A,AkdaşEY,Flügel-Koch C,et al.Functional recovery of the adult murine hippocampus after cryopreservation by vitrification.Proc Natl Acad Sci U S A.2026 Mar 10;123(10):e2516848123.
[2]Luyet,B.J.and Hodapp,E.L.Revival of Frog’s Spermatozoa Vitrified in Liquid Air.Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine,1938;39:433-434.
[3]Luyet,B.J.Life and Death at Low Temperatures.Normandy,Missouri:Biodynamica;1940.
[4]PolgeC,SmithAU,ParkesAS.Revival of spermatozoa after vitrification and dehydration at low temperatures.Nature.1949 Oct 15;164(4172):666.
[5]Fahy GM,MacFarlane DR,Angell CA,Meryman HT.Vitrification as an approach tocryopreservation.Cryobiology.1984;21(4):407-426.
[6]Kheirabadi BS,Fahy GM.Permanent life support by kidneys perfused with a vitrifiable(7.5 molar)cryoprotectant solution.Transplantation.2000 Jul 15;70(1):51-7.
[7]Fahy GM,Wowk B,Pagotan R,Chang A,Phan J,Thomson B,Phan L.Physical and biological aspects of renal vitrification.Organogenesis.2009 Jul;5(3):167-75.
[8]McIntyre RL,Fahy GM.Aldehyde-stabilized cryopreservation.Cryobiology.2015 Dec;71(3):448-58.
[9]Manuchehrabadi N,Gao Z,Zhang J,et al.Improved tissue cryopreservation using inductive heating of magnetic nanoparticles.Sci Transl Med.2017 Mar 1;9(379):eaah4586.
[10]Han Z,Rao JS,Gangwar L,et al.Vitrification and nanowarming enable long-term organ cryopreservation and life-sustaining kidney transplantation in a rat model.Nat Commun.2023 Jun 9;14(1):3407.
[11]Ramesh S,Rao JS,Namsrai BE,et al.Vitrification and rapid rewarming of precision-cut liver slices for pharmacological and biomedical research.Bioeng Transl Med.2025 Jul 17;11(1):e70045.
本文来自微信公众号：返朴，作者：顾舒晨
